API-571-2003-炼油厂设备损伤机理-中文

1API571第一版，2003年12月炼油厂固定设备的损伤机理美国石油学会2目录1.0介绍及范围1.1介绍1.2范围1.3组织和使用1.4参考文献1.5条款的定义1.6技术需求2.0参考文献2.1标准2.2其它参考文献3.0术语和缩写的定义3.1术语3.2符号和缩写4.0常见损伤机理-----所有工厂4.1概要4.2机械和冶金失效机理4.2.1石墨化4.2.2软化（球化）4.2.3回火脆化4.2.4应变老化4.2.5885°F脆化4.2.6δ相脆化4.2.7脆性断裂4.2.8蠕变/应力开裂4.2.9热疲劳4.2.10短时过热-应力断裂4.2.11蒸汽覆盖层4.2.12不同金属焊接（DMW）开裂4.2.13热冲击34.2.14磨蚀/磨蚀-腐蚀4.2.15空泡腐蚀4.2.16机械疲劳4.2.17震动导致的疲劳4.2.18耐火材料退化（破坏）4.2.19再热开裂4.3厚度的均匀或局部损失4.3.1电流腐蚀4.3.2大气腐蚀4.3.3保温层下的腐蚀（CUI）4.3.4冷却水腐蚀4.3.5锅炉水凝结物腐蚀4.3.6CO2腐蚀4.3.7烟气露点腐蚀4.3.8微生物腐蚀（MIC）4.3.9土壤腐蚀4.3.10碱腐蚀4.3.11脱金属4.3.12石墨腐蚀4.4高温腐蚀[400°F（204℃）]4.4.1氧化4.4.2硫化4.4.3碳化4.4.4脱碳4.4.5金属粉化4.4.6燃灰腐蚀4.4.7渗氮4.5环境辅助开裂4.5.1氯化物应力腐蚀开裂（Cl-SCC）4.5.2腐蚀疲劳4.5.3碱应力腐蚀开裂（碱脆）44.5.4氨应力腐蚀开裂4.5.5液体金属脆化（LME）4.5.6氢脆（HE）5.0炼油厂损伤机理5.1常见机理5.1.1厚度上的均匀或局部损失5.1.1.1胺腐蚀5.1.1.2硫氢化氨腐蚀（碱式酸性水）5.1.1.3氯化铵腐蚀5.1.1.4盐酸（HCl）腐蚀5.1.1.5高温H2/H2S腐蚀5.1.1.6HF酸腐蚀5.1.1.7环烷酸腐蚀（NAC）5.1.1.8酚（碳酸）腐蚀5.1.1.9磷酸腐蚀5.1.1.10酸性水腐蚀（酸性）5.1.1.11硫酸腐蚀5.1.2环境辅助开裂5.1.2.1连多硫酸应力腐蚀开裂（PASCC）5.1.2.2胺应力腐蚀开裂5.1.2.3湿H2S损伤（鼓泡/HIC/SOHIC/SCC）5.1.2.4氢应力开裂-HF5.1.2.5碳酸盐应力腐蚀开裂5.1.3其它机理5.1.3.1高温氢侵蚀（HTHA）5.1.3.2钛氢化5.2工艺装置流程简图5.2.1常减压装置5.2.2延迟焦化5.2.3流体催化裂化5.2.4FCC轻油回收55.2.5催化重整-CCR5.2.6催化重整-固定床5.2.7加氢装置-加氢精制、加氢裂化5.2.8硫酸烷基化5.2.9HF烷基化5.2.10胺处理5.2.11硫磺回收5.2.12酸性水汽提5.2.13异构化5.2.14临氢重整附录A-技术需求A.1介绍A.2需求模式6第1节介绍和范围（略）第2节参考文献（略）第3节术语和缩写的定义3.1术语3.1.1奥氏体3.1.2奥氏体不锈钢3.1.3碳钢3.1.4二乙醇胺（DEA）3.1.5双相不锈钢3.1.6铁素体3.1.7铁素体不锈钢3.1.8热影响区（HAZ）3.1.9氢致开裂（HAZ）3.1.10低合金钢3.1.11马氏体3.1.12马氏体不锈钢3.1.13甲基二乙醇胺（MDEA）3.1.14单乙醇胺（MEA）3.1.15镍基3.1.16应力导致的氢致开裂（SOHIC）3.1.17不锈钢3.2符号和缩写3.2.1ACFM–变换电流磁通量泄漏测试3.2.2AE–声发射3.2.3AET–声发射测试3.2.4AGO–常压柴油3.2.5AUBT–自动超声波背散射测试3.2.6BFW–锅炉给水3.2.7C2–化学符号，代表乙醇或乙烯3.2.8C3–化学符号，代表丙醇或丙烯73.2.9C4–化学符号，代表丁醇或丁烯3.2.10Cat–催化剂或催化3.2.11CDU–原油蒸馏装置3.2.12CH4–甲烷3.2.13CO–一氧化碳3.2.14CO2–二氧化碳3.2.15CVN–夏式V形缺口3.2.16CW–冷却水3.2.17DIB–脱异丁烷塔3.2.18DEA–二乙醇胺，由于氨装置，脱除油中的H2S和CO2。3.2.19DNB–泡核沸腾的偏离3.2.20EC–涡电流，主要用于非铁材料的测试3.2.21FCC–流体催化裂化3.2.22FMR–现场金相复制3.2.23HAZ–热影响区3.2.24HB–布氏硬度值3.2.25HCO–重循环油3.2.26HCGO–重焦化柴油3.2.27HIC–氢致开裂3.2.28HP–高压3.2.29HPS–高压分离器3.2.30HVGO–重减压柴油3.2.31HSLA–高强度低合金3.2.32IC4–化学符号，异丁烷3.2.33HSAS–热稳定氨盐3.2.34IP–中间压力3.2.35IRIS–内部转动检查系统3.2.36K.O.–knockout，asinK.O.drum（缓冲罐？回流罐？）3.2.37LCGO-轻焦化柴油3.2.38LCO–轻循环油3.2.39LP–低压83.2.40LPS–低压分离器3.2.41LVGO–轻减压柴油3.2.42MEDA–甲基二乙醇胺3.2.43MEA–单乙醇胺3.2.44mpy–miles每年3.2.45MT–磁粉测试3.2.46NAC–环烷酸3.2.47NH4HS–硫氢化铵3.2.48PMI–阳性材料确定3.2.49PFD–工艺流程图3.2.50PT–液体穿透测试3.2.51RFEC–远程现场涡电流测试3.2.52RT–射线照片测试3.2.53SCC–应力腐蚀开裂3.2.54SOHIC–应力引发的氢致开裂3.2.55SS–不锈钢3.2.56SW–酸性水3.2.57SWS–酸性水汽提3.2.58SWUT–剪切波超声波测试3.2.59Ti–钛3.2.60UT–超声波测试3.2.61VDU–减压蒸馏装置3.2.62VT–目测3.2.63WFMT–湿荧光磁粉颗粒测试3.2.64H2–氢气3.2.65H2O–水3.2.66H2S–硫化氢9第4节常见损伤机理---所有工厂4.1概要4.2机械和冶金失效机理4.2.1石墨化4.2.2软化（球化）4.2.3回火脆化4.2.4应变老化4.2.5885°F脆化4.2.6δ相脆化4.2.7脆性断裂4.2.8蠕变/应力开裂4.2.9热疲劳4.2.10短时过热-应力断裂4.2.11蒸汽覆盖层4.2.12不同金属焊接（DMW）开裂4.2.13热冲击4.2.14磨蚀/磨蚀-腐蚀4.2.15空泡腐蚀4.2.16机械疲劳4.2.17振动导致的疲劳4.2.18耐火材料退化（破坏）4.2.19再热开裂4.3厚度的均匀或局部损失4.3.1电流腐蚀4.3.2大气腐蚀4.3.3保温层下的腐蚀（CUI）4.3.4冷却水腐蚀4.3.5锅炉水凝结物腐蚀4.3.6CO2腐蚀4.3.7烟气露点腐蚀4.3.8微生物腐蚀（MIC）104.3.9土壤腐蚀4.3.10碱腐蚀4.3.11脱金属4.3.12石墨腐蚀4.4高温腐蚀[400°F（204℃）]4.4.1氧化4.4.2硫化4.4.3碳化4.4.4脱碳4.4.5金属粉化4.4.6燃灰腐蚀4.4.7渗氮4.5环境辅助开裂4.5.1氯化物应力腐蚀开裂（Cl-SCC）4.5.2腐蚀疲劳4.5.3碱应力腐蚀开裂（碱脆）4.5.4氨应力腐蚀开裂4.5.5液体金属脆化（LME）4.5.6氢脆（HE）114.1概要本节讨论的常见损伤机理涉及的工厂包括炼油和石化、纸浆和造纸、化石公用设施。机理分成以下几部分：a）机械和冶金学上的失效b）厚度上的均匀或局部损失c）高温腐蚀d）环境辅助开裂4.2机械和冶金学上的失效4.2.1石墨化4.2.1.1损伤的描述a）石墨化是某种碳钢和0.5Mo钢长期在800-1100°F（427-593℃）范围内操作下微观组织发生变化，造成强度、延展性和/或耐蠕变性能的下降。b）温度升高，这些钢中的碳化物相不稳定，会分解成石墨瘤，这种分解现象称为石墨化。4.2.1.2受影响的材料一些等级的碳钢和0.5Mo钢。4.2.1.3鉴定因素a）影响石墨化最重要的因素包括化学成分、应力、温度和暴露时间。b）通常，石墨化不容易被发现。一些钢铁比其它的种类更容易发生石墨化，但是造成一些钢铁容易石墨化而另外一些钢铁耐石墨化的确切原因还不清楚。通常认为Si和Al元素起了一个主要的作用，但实际显示它们对石墨化的影响可以忽略。c）石墨化在含Mo到1%的低合金C-Mo钢中有发现。添加0.7%的Cr可以消除石墨化。d）温度对于石墨化的速度有很大影响。低于800°F（427℃），速度十分慢。随温度升高速度加快。e）通常有两种类型的石墨化。第一种是随机的石墨化，石墨瘤在金属中随机分布。而这种石墨化会降低室温拉伸强度，它通常不会降低耐蠕变性能。f）第二种，也是更有害的石墨化是造成浓缩的石墨瘤链或局部层。这种石墨化会造成耐负荷能力的明显降低，增加沿平面脆性开裂的可能性。这种石墨化的两种形式是焊缝热影响区石墨化和无焊接石墨化。i）焊接热影响区石墨化通常发现在临近焊缝的窄的热影响区部位，与热影响区的低温边有关。在多路焊接的平接接头，这些区相互重叠，覆盖了整个12横截面。石墨瘤可以在这些热影响区的低温边缘形成，导致贫石墨带沿这个截面扩展。因为它的外观，这种在热影响区内的石墨形式被称为眉毛石墨化。ii）无焊接石墨化是一种局部石墨化，有时沿钢铁的局部屈服点发生。它也会在由于冷加工操作或弯曲造成的明显塑性变形的区域以链状发生。g）石墨化的程度和范围通常以定性的方式来报道（没有、轻微、中等、严重）。尽管很难预测它形成的速度，当操作温度高于1000°F（538℃）时，仅5年就会发生严重的热影响区石墨化。在850°F（454℃）时，经过30到40年会发现非常轻微的石墨化。文献2可以找到关于热影响区石墨化的时间-温度转化曲线。4.2.1.4受影响的装置或设备a）FCC、催化重整和焦化装置主要的热壁管线和设备。b）贝氏体级别比粗的珠光体级别不容易发生。c）在炼油厂，很少有直接由于石墨化造成的失效。但是，石墨化在由于其它原因导致的失效中也有发现。几个严重的石墨化案例发生在流体催化裂化装置的反应器和管道、热裂化装置的碳钢炉管以及催化裂化废热锅炉的垂直锅炉底管板的密封焊接部位。在一个C-0.5Mo的催化重整反应器/中间加热器管线的长焊缝也发现了石墨化失效。d）在热影响区发生浓缩眉毛石墨化的部位，蠕变断裂强度会彻底降低。在热影响区的轻微或中度石墨化不会明显降低室温或高温性能。e）石墨化极少发生在锅炉表面管，但是确实在19世纪40年代发生在低合金C-0.5Mo管和管箱上。操作温度在850-1025°F（441-552℃）范围内的省煤器管束、蒸汽管线和其它设备更容易遭受石墨化腐蚀。4.2.1.5损伤的形貌a）由于石墨化引起的损伤不容易发现，只能通过金相检验来发现（图4-1和4-2）。b）与蠕变强度有关的损伤的深一步阶段可能包括微裂缝/微孔的形成、表面下开裂或表面接触开裂。4.2.1.6防护/缓解长期操作温度高于800°F（427℃）可以采用含Cr的低合金钢来防止石墨化腐蚀。4.2.1.7检查和监测a）最有效的石墨化评价方法是取试样的整个厚度作金相分析。损伤可能发生在壁厚的中间，所以仅靠现场覆膜可能不够。13b）与强度有关的损伤的高级阶段很难检测，包括表面开裂裂纹或蠕变变形。4.2.1.8相关机理球墨化（见4.2.2）和石墨化是竞争的机理，发生在重叠的温度范围。球墨化倾向于发生在温度高于1025°F（551℃）时，而石墨化主要发生在这一温度以下。4.2.1.9参考文献（略）图4-1高倍数的金相照片显示了石墨瘤。与图4-2正常微观组织相比。图4-2高倍数的金相照片显示了碳钢的典型铁素体-珠光体组织。144.2.2软化（球化）4.2.2.1损伤的描述球化是钢铁暴露在850-1400°F（440-760℃）范围内微观组织发生变化，在该环境中，碳钢中的碳化物相不稳定，会从常规的平面形状聚集成球状，或从低合金